Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.8
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pp.575-582
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2015
This paper deals with the dispersion relation of the waves sustained in a cylindrical shell submerged in the fluid. The waveguide finite method and the boundary element method are used to predict the dispersion characteristic of the cylindrical shell. The dispersion diagram of the cylinder is estimated from the eigenvalue problem and the forced vibration response. It follows that the water-loading leads to the decrease of the cut-on frequencies and the phase speeds of the bending waves. On the contrary, the longitudinal waves and the torsional waves are hardly affected by the fluid, and therefore the order of the cut-on frequencies of the waves is changed. The acoustic dispersion diagram is also estimated from the forced acoustic response to identify the characteristics of the wave radiated to the fluid. It follows that the acoustic waves on and near the surface of the cylinder are the same as those in the structure. But at the far field the acoustic waves caused by subsonic waves e.g., the bending waves disappear as the increase of the distance. Conclusively, the characteristics of waves in cylindrical shells are significantly affected by water-loading in terms of the cut-on frequency, the wave speed, the order of the cut-on and radiation.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.3
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pp.313-319
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2017
Cylindrical shells are often used in ship structures at deck plating with a camber, side shell plating at fore and aft parts, and bilge structure part. It has been believed that such curved shells can be modelled fundamentally by a part of a cylinder under axial compression. From the estimations with the usage of cylinder models, it is known that, in general, curvature increases the buckling strength of a curved shell subjected to axial compression, and that curvature is also expected to increase the ultimate strength. We conduct series of elasto-plastic large deflection analyses in order to clarify the fundamentals in buckling and plastic collapse behaviour of cylindrical shells under axial compression. From the numerical results, we derive design formula for predicting the ultimate strength of cylindrical shell, based on a series of the nonlinear finite element calculations for all edges, simply supporting plating, varying the slenderness ratio, curvature and aspect ratio, as well as the following design formulae for predicting the ultimate strength of cylindrical shell. From a number of analysis results, fitting curve can be developed to use parameter of slenderness ratio with implementation of the method of least squares. The accuracy of design formulae for evaluating ultimate strength has been confirmed by comparing the calculated results with the FE-analysis results and it has a good agreement to predict their ultimate strength.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.179-187
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2000
When one considers the property of the axisymmetry, an analysis of an axisymmetric shell subjected to unaxisymmetric loading can be employed to save time and computer memory space. If one considers the Fourier series of the circumference direction of loads and displacements, an axisymmetric tank subjected to a nonaxisymmetric load can be treated as a frame element. Using the Fourier series, the authors derived the stiffness matrix of the cylindrical shell subjected to unaxisymmetric loading by the usual finite element method, and converted the stiffness matrix of a frame element into a transfer matrix by rearranging the stiffness matrix to apply the transfer matrix method. Here the most significant purpose of this paper is to achieve the fewest number of simultaneous equations for analysing an axisymmetric shell subjected to a nonaxisymmetric load. The results of the proposed method of the analysis of the cylindrical shell subjected to a wind load and a water load show no differences when compared to the other methods.
To reduce the cost of finite element analyses for sheet forming, a 3D hybrid membrane/shell method has been developed to study the springback of anisotropic sheet metals. In the hybrid method, the bending strains and stresses were analytically calculated as post-processing, using incremental shapes of the sheet obtained previously from the membrane finite element analysis. To calculate springback, a shell finite element model was used to unload the final shape of the sheet obtained from the membrane code and the stresses and strains that were calculated analytically. For verification, the hybrid method was applied to predict the springback of a 2036-T4 aluminum square blank formed into a cylindrical cup. The springback predictions obtained with the hybrid method was in good agreement with results obtained using a full shell model to simulate both loading and unloading and the experimentally measured data. The CPU time saving with the hybrid method, over the full shell model, was 75% for the punch stretching problem.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.334-339
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1998
The free vibration analysis of the simply supported steel and composite cylindrical shells are investigated. The natural frequencies and mode shapes of the shell are experimentally obtained by impact testing using an impact hammer and an accelerometer. The effects of the material and geometry on the vibrational characteristics of the shell are examined. The experimental results are compared with the analytical and a finite element results. They showed good agreement with each other.
In this paper, the response of a sandwich cylindrical shell over any sort of boundary conditions and under a general distributed static loading is investigated. The faces and the core are made of some isotropic materials. The faces are modeled as thin cylindrical shells obeying the Kirchhoff-Love assumptions. For the core material it is assumed to be thick and the in-plane stresses are negligible. The governing equations are derived using the principle of the stationary potential energy. Using harmonic differential quadrature method (HDQM) the equations are solved for deformation components. The obtained results primarily are compared against finite element results. Then, the effects of changing different parameters on the stress and displacement components of sandwich cylindrical shells are investigated.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.131-134
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2002
Supersonic flutter analysis of cylindrical composite panels with structural damping treatments has been performed using the finite element method based on the layerwise shell theory. The natural frequencies and loss factors of cylindrical viscoelastic composites are computed considering the effects of transversely shear deformation. The panel flutter of cylindrical composite panels is analyzed considering structural damping effect. Various damping characteristics for unconstrained layer damping, constrained layer damping, and symmetrically co-cured sandwich laminates are compared with those of an original base panel in view of aeroelastic stabilities.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.208-215
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1998
A stability problems of isotropic shells under pure bending is investigated based on the classical shells theory. The governing equations of stability problem presented by Donnell and Love, are developed and the solutions for the cylindrical shells are obtained by using Galerkin method. Bending moment is applied at the ends of the cylindrical shell as a from of distributed load in the shape of sine curve. For the isotropic materials, the result of the general purpose structural analysis program based on the finite element method are compared with the critical moment obtained from the classical shell theories. The critical loads for the cylindrical shells with various geometry can not be evaluated with a simple equation. However, accurate solutions for the stability problems of cylindrical shells can be obtained through the equilibrium equation developed in the study.
Dynamic response of axisymmetric arbitrary laminated composite cylindrical shell of finite length, using three-dimensional elasticity equations are studied. The shell is simply supported at both ends. The highly coupled partial differential equations are reduced to ordinary differential equations (ODE) with variable coefficients by means of trigonometric function expansion in axial direction. For cylindrical shell under dynamic load, the resulting differential equations are solved by Galerkin finite element method, In this solution, the continuity conditions between any two layer is satisfied. It is found that the difference between elasticity solution (ES) and higher order shear deformation theory (HSD) become higher for a symmetric laminations than their unsymmetric counterpart. That is due to the effect of bending-streching coupling. It is also found that due to the discontinuity of inplane stresses at the interface of the laminate, the slope of transverse normal and shear stresses aren't continuous across the interface. For free vibration analysis, through dividing each layer into thin laminas, the variable coefficients in ODE become constants and the resulting equations can be solved exactly. It is shown that the natural frequency of symmetric angle-ply are generally higher than their antisymmetric counterpart. Also the results are in good agreement with similar results found in literatures.
The purpose of this paper is to investigate the buckling characteristics of a conceptually designed KALIMER-150(Korea Advanced LIquid MEtal Reactor, 150MWe) reactor vessel and verify the buckling behavior using the reduced scale cylindrical shell structures. To do this, nonlinear buckling analyses using finite element method and evaluation formulae are carried out. From the results, the KALIMER-150 reactor vessel exhibits a dominant bending buckling mode and is significantly affected by the plastic behavior. The interaction effects with the vertical seismic load cause the lateral buckling load to be slightly decrease. From the results of the buckling experiments using reduced scaled cylindrical shell structures, it is verified that the buckling modes such as pure bending, pure shear, and mixed(bending plus shear) mode clearly appear under a lateral load corresponding to the slenderness ratio of cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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